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1、生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型人教版人教版 必修必修1 1 第第4 4章章 第第2 2节节六安新世纪学校六安新世纪学校 陈百香陈百香1是谁是谁, ,隔开了原始海洋的动荡隔开了原始海洋的动荡, ,是谁是谁, ,为我日夜守边防为我日夜守边防, ,是谁是谁, ,为我传信报安康。为我传信报安康。没有你没有你, ,我我一个小小的细胞一个小小的细胞会是何等模样会是何等模样? ?2 2 如果让你构建生物膜的结构模型，如果让你构建生物膜的结构模型，你需要获取与生物膜有关的哪些资料？你需要获取与生物膜有关的哪些资料？思考：3资料1 不溶于脂不溶于脂质的物质质的物质溶于脂质溶于脂质的物质的物质细胞膜细胞
2、膜 18591859年，年，欧文顿欧文顿(Overton)(Overton)选用选用500500多种化学物质对植多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现：物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现：从实验现象能推测出什么结论呢？ 提出假说：提出假说：膜是由脂质组成的。膜是由脂质组成的。4 2020世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟的红细胞中分离出来，化学分析膜表明：成熟的红细胞中分离出来，化学分析膜表明：资料资料22实验证据实验证据膜的主要成分是脂质脂质和蛋白质。蛋白质。脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢？问题：问题：5资料资料3 3： 磷脂是
3、一种由甘油、磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分脂肪酸和磷酸所组成的分子，子，亲水性亲水性“头头”部部易溶易溶于水，可与水分子或其它于水，可与水分子或其它亲水分子聚集，亲水分子聚集，疏水性疏水性“尾尾”部部不溶于水，远离水不溶于水，远离水分子或亲水性分子。分子或亲水性分子。模型构建模型构建1：将很多磷脂分子在空气将很多磷脂分子在空气水水界面上铺展成单分子层，磷脂分子的头尾将界面上铺展成单分子层，磷脂分子的头尾将如何排布？如何排布？6模型构建模型构建2： 磷脂分子在水中将磷脂分子在水中将怎样排布呢？怎样排布呢？7模型构建模型构建3：细胞膜内外是水环境，那么，细胞膜内外是水环境，那么，膜内磷脂
4、分子是怎样排布的呢？膜内磷脂分子是怎样排布的呢？8结论：结论： 19251925年，两位荷兰科学家年，两位荷兰科学家戈特戈特(Gorter)(Gorter)和格伦德尔和格伦德尔(Grendel)(Grendel)用丙酮从人的红细胞中用丙酮从人的红细胞中提取磷脂，在空气提取磷脂，在空气水界面上铺展成单分子水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞膜面积层，测得单分子层的面积恰为红细胞膜面积的两倍。的两倍。资料资料4 4 实验证据实验证据脂质分子必然排列为连续的两层。脂质分子必然排列为连续的两层。9蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？大胆推测？大胆推测？问题：问题：10 电子束照射大分子物电子
5、束照射大分子物质散射度高，黑暗质散射度高，黑暗是蛋是蛋白质白质 照射小分子物质，散照射小分子物质，散射度低，光亮射度低，光亮是磷脂是磷脂资料资料5 5 19591959年，年，罗伯特森罗伯特森（J.D.RobertsonJ.D.Robertson）利利用超薄切片技术在在电镜电镜下观察细胞膜。下观察细胞膜。两层暗层两层暗层一层亮层一层亮层11 生物膜是由生物膜是由“蛋白蛋白质质脂质脂质蛋白质蛋白质”构构成的三层成的三层静态统一静态统一结构。结构。单位膜模型构建模型要点：要点：蛋白质均匀分布在磷脂双分子层两侧蛋白质均匀分布在磷脂双分子层两侧 膜为静止的结构膜为静止的结构罗伯特森提出：罗伯特森提出：
6、12资料资料6 6 白细胞吞噬病菌白细胞吞噬病菌资料资料77生物膜的冰冻蚀刻生物膜的冰冻蚀刻 将细胞膜置于将细胞膜置于-100-100的干冰或的干冰或-196-196的液氮中，进的液氮中，进行行冰冻冰冻。用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，称为件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻，蚀刻，在电镜下在电镜下观察。观察。生物膜中的蛋白质生物膜中的蛋白质镶在、嵌入、横跨镶在、嵌入、横跨于磷脂双分子层。于磷脂双分子层。14用用荧荧光光染染料料标标记记某某种种物物质质，利利用用其其荧荧光光特特性性，来来反反应应研研究究对对象象的的
7、相关信息。相关信息。荧光标记荧光标记技术3737下下40min40min后出现后出现了什么现象？说明了什么现象？说明什么？什么？膜上的蛋白质具膜上的蛋白质具有有流动性流动性问题：问题：资料资料8 8：19701970年年 弗雷和埃迪登弗雷和埃迪登15侧向扩散运动；旋转运动；摆动运动小资料磷脂分子的运动细胞膜具有流动性16单位膜模型的缺陷单位膜模型不能很好地解释膜的结构和功能单位膜模型不能很好地解释膜的结构和功能单位膜模型认为单位膜模型认为膜是膜是静止静止的的实验或事实证明实验或事实证明膜是膜是流动流动的的 蛋白质均匀蛋白质均匀分布分布 蛋白质蛋白质不均匀分布不均匀分布蛋白质分布蛋白质分布在磷脂
8、双在磷脂双分子层两侧分子层两侧蛋白质蛋白质镶在、嵌入、横镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层跨在磷脂双分子层流动镶嵌模型流动镶嵌模型 19721972年年桑格桑格(S.J.Singer)(S.J.Singer)和和尼克森尼克森(G.Nicolson)(G.Nicolson)提出提出了生物膜的了生物膜的流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaicmodel)(fluid mosaicmodel)。 18流动镶嵌模型基本内容的总结流动镶嵌模型基本内容的总结: :1 1 1 1、生物膜的组成：、生物膜的组成：、生物膜的组成：、生物膜的组成：2 2 2 2、生物膜的基本支架：、生物膜的基本支架：、生物
9、膜的基本支架：、生物膜的基本支架：3 3 3 3、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：、蛋白质分子存在形态：4 4 4 4、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：、生物膜的结构特点：主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成主要由蛋白质和脂质组成磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。有有有有镶镶镶镶在在在在表表表表面面面面、嵌嵌嵌嵌入入入入
10、、横横横横跨跨跨跨三三三三种种种种，外外外外侧侧侧侧的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子与与与与糖糖糖糖类类类类结结结结合合合合形形形形成成成成糖糖糖糖蛋蛋蛋蛋白白白白。体体体体现现现现了了了了生生生生物物物物膜膜膜膜的的的的不不不不对对对对称称称称性性性性。（糖蛋白与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）（糖蛋白与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）（糖蛋白与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）（糖蛋白与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系）流动性流动性流动性流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）
11、（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）19时间和人物时间和人物历史事件历史事件历史结论历史结论 多种物质对膜通透性实验多种物质对膜通透性实验对红细胞膜化学分析对红细胞膜化学分析红细胞膜的脂质铺展成单红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面层分子的面积是原膜表面积的两倍积的两倍电镜下膜呈电镜下膜呈“暗暗亮亮暗暗”三层结构三层结构蛋白质蛋白质脂质脂质蛋白质蛋白质人、鼠细胞融合实验。人、鼠细胞融合实验。新的观察和实验证据的基础新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型。上，提出分子结构模型。膜是由膜是由脂质组成的脂质组成的膜中含脂质和膜中含脂质和蛋白质蛋白质膜具膜具流动流动性性流动镶嵌流动镶
12、嵌模型模型19721972， 桑格和尼克森桑格和尼克森19701970年年19591959年，年，罗伯特森罗伯特森19251925年，两位年，两位荷兰科学家荷兰科学家2020世纪初世纪初1919世纪末世纪末欧文顿欧文顿列表总结：生物膜结构的探究历程列表总结：生物膜结构的探究历程细胞膜中脂质为连续细胞膜中脂质为连续的两层的两层20小结：概念图小结：概念图基本支架具有流动性有的横跨整个磷有的横跨整个磷脂双分子层脂双分子层生物膜大多数可以运动生物膜具有结构特性:磷脂双分子层磷脂双分子层蛋白质分子蛋白质分子部分镶在磷脂部分镶在磷脂双分子层表面双分子层表面部分或全部嵌入部分或全部嵌入磷脂双分子层中磷脂双分子层中流动性流动性成分21课后探究课后探究 1 1、生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无、生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？细胞膜上除了含有磷脂、蛋白质和糖类缺？细胞膜上除了含有磷脂、蛋白质和糖类外，还有其他物质吗？请你课后搜集这方面外，还有其他物质吗？请你课后搜集这方面的信息。的信息。 2 2、制作细胞膜模型有没有更好的设计方、制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料，希望你课后能尝试法和更合适的实验材料，希望你课后能尝试一下。一下。22个人观点供参考，欢迎讨论
